基于糾纏的量子通信網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、結(jié)合了量子力學(xué)原理與經(jīng)典通信理論與技術(shù)的量子通信在信息安全、通信容量、傳輸速率等方面突破了傳統(tǒng)通信技術(shù)的局限。近年來，已逐漸從理論走向?qū)嵺`，從點(diǎn)對點(diǎn)的通信模式向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。目前，已有用于密鑰分發(fā)的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)建成并投入使用。然而，基于糾纏特性的量子通信網(wǎng)仍處于理論與實(shí)驗(yàn)階段。本文主要對基于糾纏的量子通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)模型以及節(jié)點(diǎn)間建立糾纏連接時(shí)可能涉及到的中繼、路由等問題進(jìn)行研究。
　　文章第一、二章介紹了近年來國內(nèi)外在量子通信

2、方面的進(jìn)展情況以及量子信息理論與技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，包括量子比特的概念與特性、量子邏輯門、量子密集編碼、量子隱形傳態(tài)、量子糾纏交換、量子通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及一種典型的量子中繼方案。
　　文章第三章提出了一種基于糾纏的量子通信網(wǎng)絡(luò)模型，在建立糾纏通道的基礎(chǔ)上，根據(jù)后續(xù)的協(xié)議需求分配糾纏資源并執(zhí)行協(xié)議步驟。本章以基于隱形傳態(tài)的信號(hào)態(tài)傳輸為例，分析了理想和非理想糾纏通道下進(jìn)行信息傳輸?shù)某晒β屎拖到y(tǒng)吞吐量并進(jìn)行了計(jì)算和仿真。該方案的目的在于使信

3、道建立與業(yè)務(wù)信息傳輸分離開來，具有較好的靈活性和適用性。
　　文章第四章提出了一種基于糾纏交換的量子中繼策略，該策略借助量子門操作和量子測量實(shí)現(xiàn)糾纏交換，采用了多個(gè)節(jié)點(diǎn)并行執(zhí)行糾纏交換和糾纏純化的糾纏通道建立流程。該策略采用鏈路狀態(tài)矩陣表示糾纏在鏈路建立各階段中的分布情況，給出了基于鏈路狀態(tài)矩陣的控制算法。相對節(jié)點(diǎn)逐一進(jìn)行糾纏交換的方案，可以節(jié)省糾纏建立的時(shí)延。通過劃分鏈路的中繼參數(shù)和中繼級(jí)數(shù)，使之適用于節(jié)點(diǎn)數(shù)量為2的整數(shù)次冪和非

4、2的整數(shù)次冪的情況。章節(jié)在最后對系統(tǒng)的時(shí)延和吞吐量進(jìn)行了計(jì)算和仿真，結(jié)果表明，該策略相對于逐級(jí)中繼方案，以控制流程復(fù)雜度的提高換取了系統(tǒng)性能的改善，且中繼級(jí)數(shù)越高，這種改善效果越明顯。
　　為了解決節(jié)點(diǎn)在基于糾纏的量子通信網(wǎng)中進(jìn)行選路的問題，文章第五章首先分析了兩量子系統(tǒng)的最大糾纏態(tài)—Bell態(tài)在振幅阻尼信道、相位阻尼信道、退極化信道這三種典型噪聲信道模型下的演化情況，計(jì)算了對應(yīng)演化后糾纏態(tài)的部分熵糾纏度。隨后討論了鏈路節(jié)點(diǎn)的功能